Чего мы не знаем о Вселенной

Роман Ильич Райкин, к. ф.-м. н., проректор по развитию международной деятельности, доцент кафедры радиофизики и теоретической физики АлтГУ. Лекция «Вселенная без цензуры: большие открытия и большие вопросы на исходе первой четверти XXI в. (почему астрофизика – лучший фитнес для мозга в эпоху искусственного интеллекта)»:

– Астрофизика и космология – это науки о Вселенной и, шире, об устройстве всего нашего мира, поскольку на больших масштабах и при высоких энергиях проявляются и должны учитываться свойства элементарных частиц, квантовая физика.

В последние годы эти области науки стали по-настоящему модными: огромное количество материалов, в том числе в популярных СМИ, посвящено и свежим открытиям, и общим вопросам строения и эволюции Вселенной. Черные дыры, жизнь за пределами Земли, межзвездные путешествия – все это обсуждается очень активно, но, будем честны, часто в формате кликбейтных заголовков, которые привлекают внимание, но не всегда соответствуют реальности. Именно университет, ученые, на мой взгляд, должны здесь наводить порядок. Есть и вторая проблема: общее образование, да и высшее, просто не поспевает за тем, что происходит в науке. Картина мира у профессионалов, физиков, сегодня выглядит иначе, чем та, к которой большинство привыкло еще со школьной скамьи. И я хочу рассказать, что изменилось в астрофизике в XXI веке, а изменилось действительно многое.

Сегодня мы знаем о Вселенной куда больше, но это знание сложно воспринимается неподготовленным человеком, потому что исследователи уже проникли в такие области, которые оказываются контринтуитивными: наши органы чувств ничего не могут рассказать ни об устройстве микромира, ни о масштабах и законах Вселенной, слишком уж там все устроено иначе. При этом человек способен об этом думать, строить модели, рассуждать, но это тяжелый интеллектуальный труд – сложно визуализировать, сложно по-настоящему понять.

Я расскажу и о том, чего мы пока не знаем, но хотим узнать в ближайшие годы. Это такие вопросы, как открытие частиц темной материи и уточнение природы темной энергии, окончательное подтверждение теории космологической инфляции, установление источников космических лучей ультравысоких энергий и др.  А также о том, чем занимается астрофизическая группа в Алтайском государственном университете, которой мы по-настоящему гордимся: уже много лет у нас работает коллектив, хорошо известный в России и в мире. В 2018 году мы даже проводили один из крупнейших международных симпозиумов по астрофизике. В АлтГУ получены многие важнейшие результаты, развита теория аномальной диффузии космических лучей, придуманы новые методы восстановления их химического состава. При этом я считаю важным остановиться и на вечном вопросе о практической пользе, ведь многие уверены, что фундаментальная наука дает технологический эффект на больших временных масштабах, что если цель утилитарна, например быстро запустить успешный стартап, то идеи нужно искать в более приземленных инженерных областях. На самом деле есть много примеров трансфера фундаментальных результатов в прикладную науку и затем в бизнес.

Мне кажется принципиально важным поговорить и о другом, о том, что такое астрофизика для непрофессионала и почему, несмотря на ее сложность, ею все-таки стоит интересоваться. Особенно остро все эти вопросы встают сегодня, в эпоху больших языковых моделей, которые действительно очень хорошо работают и способны на многое: рассказывать, объяснять и даже решать учебные задачи практически в любой области, в том числе и в астрофизике. Причем именно решать, демонстрируя логическую стройность выводов. Искусственный интеллект уже стал для нас мощнейшим инструментом, но принципиально важно отдельно поговорить о том, как человеку не утратить элементарные когнитивные функции в новой реальности: это напрямую не относится к астрофизике, но имеет колоссальное значение, особенно для молодых людей, которым сегодня необходимо осознанно выстраивать свою образовательную траекторию с учетом этих новых веяний.

Если же говорить о самих открытиях последних 25 лет, которые сильнее всего повлияли на наше представление о Вселенной, то первым обычно называют открытие гравитационных волн, оно действительно очень яркое и заслуживает отдельного рассказа. Но при всей своей значимости оно было предсказано Эйнштейном еще сто лет назад, и никто из исследователей не сомневался, что рано или поздно оно будет подтверждено экспериментально. Здесь по-настоящему поражает другое – уровень технологий, которые были разработаны и реализованы для регистрации гравитационных волн. Триумф инженерной и технологической мысли! Кстати, ряд ключевых идей принадлежит советским физикам. Если же говорить об открытии, которое действительно принципиально изменило картину мира, то это – темная энергия. Оно было формально сделано еще в 1998 году, буквально на пороге XXI века, но Нобелевская премия за открытие ускоренного расширения Вселенной была присуждена в 2011 г. Темная энергия превратила Вселенную из гравитационно «замкнутой» системы, управляемой материей, в нечто гораздо более сложное, где более 2/3 составляет совершенно неизвестное «нечто». В результате усилились гипотезы мультивселенных, поиски «новой физики». Когда меня спрашивают, знаем ли мы сегодня о Вселенной больше или просто лучше понимаем масштаб собственного незнания, естественно, на ум приходит известная метафора о том, что чем больше становится сфера знания, тем больше ее граница с темнотой незнания. Думаю, в этом есть правда. Прогресс в физике сегодня часто кажется обывателю незначительным, принято считать, что золотой век науки остался в прошлом, во временах ядерной бомбы и атомной энергетики, появления компьютеров, всего того, что действительно кардинально изменило экономику, общество и саму повседневную жизнь человека. На этом фоне создается ощущение, что судьбоносных открытий больше не происходит, однако в реальности прогресс в понимании устройства мира идет чрезвычайно быстро, и первая четверть XXI века – эпоха очень интенсивных успехов и прорывов, просто они сложнее, тоньше и не всегда укладываются в привычные схемы.  Самый свежий пример – Нобелевские премии по физике последних двух лет. Они присуждены за фундаментальные результаты, оказавшие принципиальное влияние на развитие искусственного интеллекта и инженерную реализацию квантовых вычислений.